一种基于窗函数线性组合的改进双向加权脉冲压缩方法

本发明是一种在主瓣宽度基本不变的情况下，可以获得较好的副瓣抑制能力的基于窗函数线性组合的改进双向加权脉冲压缩方法，可以更好的解决雷达系统中线性调频信号进行脉冲压缩后存在副瓣高、主瓣增宽等问题。

背景技术：

1、随着国家发展水平的提高，电子行业的发展越来越快，以至于雷达在越来越多的领域得到了比以前广泛得多的应用。因此，人们也就对雷达的探测距离、距离分辨力等性能指标提出了越来越高的要求。由于雷达探测距离的远近和距离分辨力的大小是矛盾的两方面。因此，为了解决这两个因素对雷达的影响，雷达发射信号的选择以及对它的处理就起着至关重要的作用。

2、当雷达信号具有较大的时频宽积时，脉冲压缩技术可以提高雷达的工作距离，保证较好的距离分辨率。线性调频脉冲信号具有恒幅特性。在限制峰值功率时，有利于提高传输效率，是工程应用中应用最广泛的脉冲压缩信号。脉冲压缩后信号的旁瓣非常高。当检测目标较弱且有较强杂波或虚警时，目标信号将被直接淹没。

3、通常采用压低旁瓣电平的方法如加窗、非线性调频信号、失配滤波器、波形捷变、线性调频信号(lfm)随机噪声波形、波形滤波器联合设计。常用窗函数加权方法一般能把旁瓣抑制到-40db左右，但是在一些特殊的雷达系统中需要更低的旁瓣。查阅可知一种双向加权算法具有良好的副瓣抑制效果，但是由于需要对发射信号进行加权处理，信号在雷达系统中经过功率放大器等具有非线性特性的器件时，容易产生失真。针对这一问题，基于恒等变换原理对匹配滤波器进行等效改进，同时利用谱修正方式，可以有效地解决这一问题。在此基础上，本文引入了窗函数线性组合方法，在主瓣宽度基本不变的情况下，可以获得较好的副瓣抑制能力

技术实现思路

1、本发明要解决的是雷达系统中线性调频信号进行脉冲压缩后存在副瓣高、主瓣展宽以及现存的脉冲压缩旁瓣抑制算法在主瓣不变、副瓣变低之间不能得到很好的兼容的问题。

2、本发明为了解决上述问题，提出了一种基于窗函数线性组合的改进双向加权脉冲压缩方法，基于窗函数线性组合法的改进双向加权脉冲压缩旁瓣抑制方法，包括考虑窗函数线性组合的系数估计、利用恒等变换对基本双向加权脉冲压缩方法的改进。因而本发明技术方案为一种基于窗函数线性组合的改进双向加权脉冲压缩方法，该方法包括：

3、步骤1：选择两种基窗函数w1和w2，对窗函数线性组合的系数估计，得出组合系数α：

4、w3＝(1-a)·w1+a·w2,0≤a≤1            (1)

5、其中，w3为线性组合后的窗函数，将组合后的窗函数w3与线性调频信号进行加窗脉冲压缩，脉压后的信号y(t)，脉压过程如下：

6、

7、其中，s(t)为发射信号，h(t)代表与发射信号s(t)共轭对应的匹配滤波器系数，代表卷积，w3(t)同w3为线性组合后的窗函数，脉压输出信号的总能量e：

8、

9、其中，τ表示积分变量，将公式(1)带入公式(3)可得：

10、

11、其中，第一项和第二项分别为窗函数w1和w2做脉冲压缩输出的总能量，分别用e1和e2代表，则：

12、e＝(1-a)e1+ae2,0≤a≤1          (5)

13、若e1>e2，则

14、e＝(1-a)e1+ae2<e1        (6)

15、由e<e1可知此时线性组合窗w3脉压后的旁瓣总能量低于基窗函数w1脉压后的旁瓣总能量；当e1<e3时，线性组合窗w3脉压后的旁瓣总能量低于基窗函数w2脉压后的旁瓣总能量；

16、为使线性组合窗理想情况下可得极低的旁瓣，令脉压输出信号y(t)主瓣不变，旁瓣总能量无穷小，得到线性组合窗中组合系数a的值，过程如下：

17、

18、式中，t1、t2代表信号y(t)的主瓣起点和终点，通过对y(t)求微分后取其零点而得；

19、步骤2：利用恒等变换法对基本双向加权脉冲压缩方法进行改进，得到一个等效的匹配滤波器的脉冲响应函数hw(t)：

20、基本双向加权脉冲压缩表达式：

21、

22、其中w(t)为时域加权的窗函数，

23、为改善双向加权脉冲易对雷达系统发射信号产生失真的影响，对公式(8)变形可得：

24、

25、对公式(9)两边快速傅里叶变换fft，得：

26、s(jw)·hw(jw)＝fft[s(t)·w(t)]×fft[h(t)·w(t)]        (10)

27、j表示虚数单位，变形可得：

28、

29、hw(jw)表示等效匹配滤波器的频域表达式，等效匹配滤波器在时域上的脉冲响应函数表达式为：

30、hw(t)＝ifft[hw(jw)]         (12)

31、ifft表示逆傅里叶变换，恒等变形得到的新的匹配滤波器系数hw(t)与信号进行脉冲压缩，得到和双向加权脉冲压缩算法一致的结果；

32、步骤3：利用平滑匹配滤波器的频谱来减少菲涅尔波纹的影响，修正后的匹配滤波器的频率响应：

33、

34、其中h1(jw)表示修正后匹配滤波器的频域表达式，w(jw)为窗函数的频域表达式；s(jw)为信号的频谱；上标*表示共轭；

35、将式(13)带入式(11)，得谱修正之后的匹配滤波器的频率响应hw(jw)：

36、

37、则谱修正之后等效匹配滤波器在时域上的脉冲响应函数hw(t)为：

38、hw(t)＝ifft[hw(jw)]          (15)

39、步骤4：将步骤1得出的线性组合窗w3代入到步骤3中得出hw(t)，并且由式(16)得脉压的结果；

40、

41、其中，y(t)表示脉冲压缩结果。

42、针对雷达系统中线性调频信号进行脉冲压缩后存在副瓣高、主瓣展宽以及现存的脉冲压缩旁瓣抑制算法在主瓣不变、副瓣变低之间不能得到很好的兼容的问题。通过本发明提出的一种基于窗函数线性组合的改进双向加权脉冲压缩方法，包括考虑窗函数线性组合的系数估计、利用恒等变换对基本双向加权脉冲压缩方法的改进，可以使得脉压结果在主瓣宽度基本不变的情况下，可以获得较好的副瓣抑制能力。

技术特征：

1.一种基于窗函数线性组合的改进双向加权脉冲压缩方法，该方法包括：

技术总结本发明公开了一种基于窗函数线性组合的改进双向加权脉冲压缩方法，属于雷达领域。该方法包括窗函数线性组合系数的分析、改进双向加权脉冲压缩算法的分析。针对雷达系统中线性调频信号进行脉冲压缩，但压缩后存在副瓣高、主瓣增宽的问题，本发明结合窗函数线性组合法和改进双向加权脉冲压缩算法，包括考虑窗函数线性组合的系数估计、利用恒等变换对基本双向加权脉冲压缩方法的改进，可以使得脉压结果在主瓣宽度基本不变的情况下，可以获得较好的副瓣抑制能力。技术研发人员：王丽,陈旭,李晓雪,刘亚涛,张云娇,黎乔禹,杨婧,蒲友雷,吴泽威受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9